当前位置:首页 > 嵌入式 > 嵌入式硬件
[导读]ARM处理器在全球范围的流行,32位的RISC嵌入式处理器已经成为嵌入式应用和设计的主流。与国内大量应用的8位单片机相比,32位的嵌入式 CPU有着非常大的优势,它为嵌入式设计

ARM处理器在全球范围的流行,32位的RISC嵌入式处理器已经成为嵌入式应用和设计的主流。与国内大量应用的8位单片机相比,32位的嵌入式 CPU有着非常大的优势,它为嵌入式设计带来丰富的硬件功能和额外的性能,使得整个嵌入式系统的升级只需通过软件的升级即可实现。而8位处理器通常受到的 64K软件限制也不存在了,设计者几乎可以任意选择多任务操作系统,并将应用软件设计得复杂庞大,真正体现“硬件软件化”的设计思想。

什么发生了改变

目前,国内熟悉8位处理器开发的工程师非常多,开发工具和手段也很丰富,并且价格较低。而32位处理器的开发与8位处理器的开发则有着许多明显的不同。

第一,实时多任务操作系统(RTOS)引入32位嵌入式系统。

由于32位CPU的资源丰富,指令集相对庞大,而且,系统软件比较复杂,所以,通常在开发时要选用相应的RTOS来对应用软件中的各个任务进行调度。软件设计工程师需要学习全新的RTOS技术,掌握底层软件、系统软件和应用软件的设计和调试方法。这对于开发者来说是一个新的挑战。

当然,RTOS的引入,也将给嵌入式开发商带来软件的模块化和可移植化等好处,为软件的工程化管理做好准备。

第二,调试的硬件接口发生改变。

在开发8位处理器时,通常采用在线仿真器ICE(In-Circuit-Emulator),ICE通过插座或者相应的夹具替代CPU来进行仿真和开发 工作。而对于32位嵌入式处理器来说,因其过高的时钟频率(50MHZ 至400MHZ以上)和复杂的封装形式(如BGA)导致ICE很难胜任开发工具的 工作。CPU厂商借助于边界扫描接口(JTAG口)来提供调试信息,供开发者进行开发。

JTAG口通常是一个14Pin或20Pin的插座,JTAG调试器(或称JTAG仿真器)因为可直接从CPU获取调试信息而使得该产品的设计简化,从而使得价格要低于ICE。

第三,系统的开发方式产生变化。

对于一个8位的系统开发来说,设计者只需按照硬件设计及调试、软件(汇编或C语言)编程、定位引导、软件调试、系统联调等过程来进行即可,应用软件的开发通常在硬件之后,且应用软件包是不能通用的。

对于一个32位的嵌入式系统则不同。在硬件设计开发的同时,需要有实时多任务操作系统环境,软件工程师可以同时进行应用软件包的开发和调试。在硬件调试 结束时,应进行BSP(板级支持包)的设计和调试。在BSP调试通过后,方可进行系统软件和应用软件的联调。通常应用软件的开发可以单独进行。更换 CPU 或硬件平台后,应用软件包是通用的(要基于同样的RTOS)。

那么,开发一个32位的嵌入式系统需要哪些工具和环境呢?

首先需要选择一个合适的多任务操作系统。

目前,商用的RTOS比较多,如Linux、Nucleus、WinCE、VxWorkx等。用户可根据系统的技术要求和商业要求,选择合适的一种。

另外,要选择相应的编译工具和调试环境。

根据所选用的RTOS和编程语言(C或C++)来确定要使用的编译器。对于ARM系列CPU来说,比较常见的有arm公司的SDT和ADS,以及免费的GNU等。

许多厂商将编译器(Compiler)、连接器(Linker)、定位器(Locater)、模拟器(Simulator)和监控调试器 (Monitor Debugger)作为一个整体提供给用户。这通常称为集成开发环境 IDE(Integrated Development Environment)。选用IDE将给调试带来许多方便。

再者,要选择合适的JTAG仿真器。JTAG仿真器的一端通过JTAG连接电缆与目标板相连,另一端则与主机的调试环境相连。与主机的连接方式通常有三种。一是并口方 式,一是USB口方式,另一种是网口方式。这三种方式在代码下载速度、连接方便性、调试资源共享性等方面均有所不同,用户可以根据经费、技术方案要求、主 机环境等实际情况来选择。另外,JTAG的主频也是影响 JTAG仿真器速度的重要技术指标,越快速的JTAG仿真器,其JTAG主频也越高。

与ICE开发方式相似,JTAG仿真器也提供逻辑追踪功能,以确保硬件调试和软硬件联调的顺利进行。该功能需要增加额外的费用,因而建议只在进行复杂的系统级开发项目中选购。

好的JTAG仿真器还应该支持任务级调试。其调试环境除具有丰富的调试功能,良好的调试界面外,还应该能够“认识”各种不同类型的RTOS。这样,用户 在进行基于RTOS的软件调试时,能够直接对各种任务进行操作。如果JTAG仿真器不能支持任务的调试,那么,将给软件开发工程师带来诸多不便,影响开发 进度。

32位嵌入式系统的开发过程中存在其特有的技术难点,因此开发者对其要有充分的心理准备并做出相应的对策。

BSP的开发和调试 在硬件调试完成后,就需要进行实时操作系统(RTOS)的移植。其中最主要的就是BSP的开发和调试。在整个嵌入式系统中,应用软 件通过对系统软件的调用来完成各种应用功能。而系统软件则是通过BSP来完成与硬件设备的握手连接。所以,BSP的性能将影响整个系统的可靠性。

由于操作系统(RTOS)厂商提供的开发环境的建立,是基于BSP的正常工作,只有在BSP工作正常后,用户才能“看到”整个系统硬件资源。因此,在此之前,用户对BSP的调试几乎是在“盲目”中进行的。BSP的开发调试有时要花费一至两个月甚至更长的时间。

解决的办法似乎不多。一是提高工程师的水平,在CPU的掌握、目标板硬件及周边驱动设备的熟悉、深入了解操作系统(RTOS)的工作机制、系统的资源配置等方面加强学习;另外,要选用好的JTAG仿真器或其它工具。

应用软件的并行开发 由于越来越强烈的快速上市要求,嵌入式系统的开发周期越来越短。这就必然要求在硬件开发的同时,能够进行软件的开发。一方面,用户 可以在一块标准的评估板上来开发一部分软件,待实际目标板硬件和BSP完成后,再进行系统级的调试和开发。另一方面,用户可以借助实时操作系统 (RTOS)厂商提供的虚拟环境来进行软件开发调试,要开发和调试的软件几乎不受任何限制。待实际硬件平台完成后,只须重新编译连接,即可下载到目标上运 行。注意在选用RTOS时,增加该工具环境。

本站声明: 本文章由作者或相关机构授权发布,目的在于传递更多信息,并不代表本站赞同其观点,本站亦不保证或承诺内容真实性等。需要转载请联系该专栏作者,如若文章内容侵犯您的权益,请及时联系本站删除。
换一批
延伸阅读

LED驱动电源的输入包括高压工频交流(即市电)、低压直流、高压直流、低压高频交流(如电子变压器的输出)等。

关键字: 驱动电源

在工业自动化蓬勃发展的当下,工业电机作为核心动力设备,其驱动电源的性能直接关系到整个系统的稳定性和可靠性。其中,反电动势抑制与过流保护是驱动电源设计中至关重要的两个环节,集成化方案的设计成为提升电机驱动性能的关键。

关键字: 工业电机 驱动电源

LED 驱动电源作为 LED 照明系统的 “心脏”,其稳定性直接决定了整个照明设备的使用寿命。然而,在实际应用中,LED 驱动电源易损坏的问题却十分常见,不仅增加了维护成本,还影响了用户体验。要解决这一问题,需从设计、生...

关键字: 驱动电源 照明系统 散热

根据LED驱动电源的公式,电感内电流波动大小和电感值成反比,输出纹波和输出电容值成反比。所以加大电感值和输出电容值可以减小纹波。

关键字: LED 设计 驱动电源

电动汽车(EV)作为新能源汽车的重要代表,正逐渐成为全球汽车产业的重要发展方向。电动汽车的核心技术之一是电机驱动控制系统,而绝缘栅双极型晶体管(IGBT)作为电机驱动系统中的关键元件,其性能直接影响到电动汽车的动力性能和...

关键字: 电动汽车 新能源 驱动电源

在现代城市建设中,街道及停车场照明作为基础设施的重要组成部分,其质量和效率直接关系到城市的公共安全、居民生活质量和能源利用效率。随着科技的进步,高亮度白光发光二极管(LED)因其独特的优势逐渐取代传统光源,成为大功率区域...

关键字: 发光二极管 驱动电源 LED

LED通用照明设计工程师会遇到许多挑战,如功率密度、功率因数校正(PFC)、空间受限和可靠性等。

关键字: LED 驱动电源 功率因数校正

在LED照明技术日益普及的今天,LED驱动电源的电磁干扰(EMI)问题成为了一个不可忽视的挑战。电磁干扰不仅会影响LED灯具的正常工作,还可能对周围电子设备造成不利影响,甚至引发系统故障。因此,采取有效的硬件措施来解决L...

关键字: LED照明技术 电磁干扰 驱动电源

开关电源具有效率高的特性,而且开关电源的变压器体积比串联稳压型电源的要小得多,电源电路比较整洁,整机重量也有所下降,所以,现在的LED驱动电源

关键字: LED 驱动电源 开关电源

LED驱动电源是把电源供应转换为特定的电压电流以驱动LED发光的电压转换器,通常情况下:LED驱动电源的输入包括高压工频交流(即市电)、低压直流、高压直流、低压高频交流(如电子变压器的输出)等。

关键字: LED 隧道灯 驱动电源
关闭